DE2509628B2

DE2509628B2 - Viertakt-Ottomotor mit abgesetztem Zylinder und abgesetztem Kolben

Info

Publication number: DE2509628B2
Application number: DE2509628A
Authority: DE
Inventors: Isao Matsuno; Toshiaki Matsushita; Tadanori Sato
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1974-03-05
Filing date: 1975-03-05
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2509628A1; JPS5144248B2; DE2509628C3; GB1490268A; FR2273161B1; JPS50118106A; FR2273161A1; US4011841A

Description

Die Erfindung betrifft einen Viertakt-Ottomotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Viertakt-Ottomotor (DE-PS 27 674) dieser Art wird die Zündung des Gemisches in dem zweiten Verbrennungsraum durch verbranntes Gas aus dem ersten Verbrennungsraum ausgeführt. Dabei ist jedoch der Zündzeitpunkt in dem zweiten Verbrennungsraum unstabil, d. h. dieser Zeitpunkt ist schwierig zu steuern.

Bei einem weiteren bekannten Viertakt-Ottomotor (DE-GM 68 06 579) ist der Brennraum bei im oberen Totpunkt befindlichem Arbeitskolben in mehrere Teilräume unterteilt, die mit Zündkerzen versehen sind, welche in vorbestimmter Reihenfolge nacheinander gezündet werden. Dabei verbleibt aber, da Kolben- und Zylinderabsätze nicht vorgesehen sind, zwischen der Stirnseite des Kolbens und der Zylinderwandung eine

ίο weit ausgedehnte sogenannte Quetschzone, d h. die Teilräume sind nicht wirksam voneinander getrennt

Es ist des weiteren bekannt (FR-PS 13 46 314), bei einem Viertakt-Ottomotor den Kolben mit einem Absatz zu versehen und in dem Zylinder einen angepaßten zusätzlichen Raum vorzusehen. Hierbei erfolgt jedoch die Zündung in den beiden Teilräumen gleichzeitig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Viertakt-Ottomotor der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der bei verringertem Stickoxydgehalt im Abgas und hoher Leistung die auftretenden Druck- und Temperaturspitzen verringert Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den

Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Ausbildung führt dazu, daß die Verbrennungen aufeinanderfolgend mit einer solchen Zeitverzögerung erfolgen, daß die durch die kombinierten Verbrennungen erzeugten Druckspitzen und Temperaturspitzen unterhalb eines gewünschten Niveaus gehalten werden können, so daß auch die Erzeugung von Stickoxydgas herabgesetzt wird.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungbeschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Zylinder-Kolbeneinheit nach der Erfindung;

Fig.2 einen Längsschnitt durch eine Zylinder-Kolbeneinheit, die gegenüber der nach F i g. 1 modifiziert ist;

Fig.3 einen Längsschnitt durch eine weitere Modifikation der Einheit nach F i g. 1;

F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine andere Modifikation der Einheit nach F i g. 1;
Fig.5 einen Längsschnitt durch eine weitere

Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 6 ein Indikatordiagramm, bei dem eine Testkurve des Motors entsprechend der Erfindung mit der eines bekannten Motors üblicher Art verglichen wird; und
F i g. 7 ein Indikatordiagramm, bei dem eine andere

so Versuchskurve des Motors nach der Erfindung mit der eines bekannten Motors verglichen wird.

Gemäß F i g. 1 weist ein Motor nach der Erfindung eine Zylinder-Kolben-Einheit mit einem Zylinder 1, einem Zylinderkopf 2, einem verschiebbar im Zylinder 1 hin- und hergehenden Kolben 3 und einen Verbrennungsraum 4 im Zylinderkopf 2 auf, eine Einlaßöffnung 5 mit einem Einlaßventil 6 und eine Auslaßöffnung 7 mit einem Auslaßventil 8, die beide in den oberen Teil der Kammer 4 öffnen, und zwei Zündkerzen 9 und 10.

Der Kolben 3 weist einen Vorsprung 11 auf, der einstückig mit dem Kolben ausgebildet und an dessen Oberseite einen Unterkolben bildet, und der Verbrennungsraum 4 ist in zwei Teilräume Aa und Ab unterteilt, wenn der Vorsprung 11 im Aufwärtshub der Kolbenbewegung in den Teilraum Aa passend eingeschoben ist. Die Zündkerzen 9 bzw. 10 sind in den Teilräumen Aa und Ab angeordnet.
Vorzugsweise sind die Teilräume im Zylinderkopf 2 in

Form von abgestuften Bohrungen gebildet, die koaxial zur Zylinderbohrung angeordnet sind, so daß die durch die Verbrennung erzeugten Drücke längs oder in der Nähe der Mittellinie des Kolbens 3 wirken.

Die übrigen Teile des Motors sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.

im Betrieb öffnet das Ventil 6 die Einlaßöffnung 5, um diese mit dem Verbrennungsraum 4 in Verbindung zu bringen, und dann wird die Mischung in die Kammer 4 eingesaugt, die sich während des Abwärtshubes des Kolbens im Einlaßtakt ausdehnt

Nahe am unteren Totpunkt des Kolbenhubes schließt das Ventil 6 die öffnung 5, um die Verbindung mit der Kammer 4 zu unterbrechen, und der Kolben 3 wird im Kompressionshub nach oben bewegt Etwa auf halbem Wege des Aufwärtshubes der Kolbenbewegung tritt der Unterkolben 11 gleitend in den Teilraum 4a ein und trennt die Kammer 4 in zwei getrennte Teilräume 4a und 4b auf.

Nahe dem oberen Totpunkt des Kolbenhubes wird die Zündkerze 9 als erste gezündet, um die Mischung im Teilraum 4a zu verbrennen und dem Kolben eine Abwärtsbewegung zu erteilen. Nach der ersten Zündung, und ehe die beiden Teilräume 4a und Ab während des Abwärtshubes des Kolbens miteinander in Verbindung kommen, wird die Zündkerze 10 als zweite gezündet, um die Mischung im Teilraum Ab zu verbrennen.

Wenn die abgestuften Verbrennungen miteinander kombiniert werden, weist die Druckkurve gemäß F i g. 6 zwei Spitzen auf, die auf einer Höhe liegen, bei der die Stickoxyde in den Abgasen ausreichend reduziert sind. In diesem Falle sind die Spitzen der Kurve ausreichend im Vergleich zu der eines bekannen Motors herabgesetzt, die als unterbrochene Linie in F i g. 6 angedeutet ist, und bei dem Stickoxyde in ziemlichen Mengen erzeugt werden.

Nahe am unteren Totpunkt des Kolbenhubes öffnet das Ablaßventil 8 die öffnung 7, um diese mit dem Raum 4 in Verbindung zu bringen, und dann beginnt der Aufwärtshub des Kolbens, der Auslaßhub.

Bei dieser Ausführungsform bleibt ein Teil der Abgase im Teilraum 46 aufgrund des Eindringens des Unterkolbens 11 in den Teilraum 4a Die verbleibenden Abgase verdünnen die neu während des Einlaßhubes in die Kammer 4 eindringende Mischung.

Der Motor erlaubt die Verwendung einer mageren Mischung, so daß die Abgase sehr geringe Mengen an Kohlenwasserstoffen und Kohlenoxyden enthalten, ebenso wie geringen Stickoxydgehalt aufgrund der Erfindung.

Wenn der als erster zu zündende Teilraum ein größeres Volumen hat als der andere Teilraum, ergibt sich eine Druckkurve gemäß Fig.7, wobei die erste Spitze der Kurve höher ist als die zweite, so daß die Leistung des Motors weniger verringert wird, verglichen mit F i g. 6. Es kann deshalb die Zündkerze 10 bei der ersten Ausführungsfonn, die im Teilraum Ab angeordnet ist, als erste Zündkerze verwendet werden. Die Zündkerze 9 in Teilraum 4a wird in diesem Fall als zweite Zündkerze benutzt Die zweite Zündkerze 9 hat Zündverzögerung, so daß gezündet wird, nachdem die erste Kerze gezündet ist und ehe die aneinandergrenzenden Teilräume während des Verbrennungshubes miteinander in Verbindung sind.

Fig.2 zeigt einen Ottomotor, der gegenüber der ersten Ausführungsfonn modifiziert ist, wobei der Unterkolben 11 auf der Oberseite des Kolbens 3 und der Teilraum 4a im Zylinderkopf 2 gegenüber der Mittellinie des Kolbens oder der Zylinderbohrung seitlich versetzt sind, so daß die Fläche der Oberseite des Teilraums Ab so verbreitert ist, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen darin vorgesehen werden können.

Fig. 3 zeigt einen Ottomotor, bei dem eine Einlaßöffnung 5 mit einem Einlaßventil 6 mit dem ersten Teilraum 4a in Verbindung steht und eine Ablaßöffnung 7 mit einem Ablaßventil 8 mit dem zweiten Teilraum Ab.

Dementsprechend wird der Teilraum 4a mit einer Mischung gefüllt, die nicht von den restlichen Abgasen in Kammer 4 verdünnt wird, weil die Mischung gegen Ende des Abwärtshubes in den Teilraum kommt, obwohl die in den Teilraum Ab gelieferte Mischung durch die restlichen Abgase verdünnt wird, so daß die

Zündfähigkeit im Teilraum 4a auch bei sehr mager

eingestellter Mischung ausreichend aufrechterhalten wird.

Ein Motor dieser Art hat weiter den tatsächlichen

Vorteil, daß das Einlaßventil 6 die Einlaßöffnung 5 öffnen kann, ehe der Unterkolben 11 in den Teilraum 4a eindringt, so daß durch die Trägheit des Ablassens die restlichen Abgase im Teilraum 4a in den Teilraum Ab strömen und dann zur Ablaßöffnung 7, und der Teilraum 4a wird mit der progressiv zugeführten Mischung gespült, ehe der Verbrennungsraum 4 unterteilt wird.

In diesem Fall kann die als erste zu zündende Zündkerze sowohl die Kerze 9 als auch die Kerze 10 sein, wobei die Zündfähigkeit des Gemisches außer

Betracht bleiben kann.

F i g. 4 zeigt eine Modifikation gegenüber F i g. 2. Ein Motor gemäß F i g. 4 unterscheidet sich von der anderen Ausführungsform dadurch, daß im Teilraum 4a ein Vorsprung 12 vorgesehen ist. Der Vorsprung 12 ist speziell zu einer Stufe mit einer flachen Oberfläche geformt, die dem Unterkolben 11 zuweist Wenn die Oberseite des Unterkolbens 11 am Ende des Aufwärtshubes, des Kompressionshubes, in die Nähe der Stufe 12 im Teilraum 4a kommt, wird die Mischung vom

Vorsprung 12 in den übrigen Raum weggestoßen und

durch die unregelmäßige Bewegung selbst verwirbelt

Eine solche Verwirbelung verbessert die Zündfähigkeit

einer mager eingestellten Mischung.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in

Fig.5 dargestellt, gemäß der ein Kolben 3 mit zwei Unterkolben 11a und Wb mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen sind, die in Tandem auf der Mittelachse des Kolbens oder der Zylinderbohrung angeordnet sind, wobei der Verbrennungsraum 4 in drei

so Teilräume 4a, Ab und 4c durch die Unterkolben 11a und Wb unterteilt wird, und in den Teilräumen drei Zündkerzen 9,10 bzw. 13 angeordnet sind.

Eine Einlaßöffnung S mit einem Einlaßventil 6 steht mit dem Teilraum Ac in Verbindung, und zwei Ablaßöffnungen 7a und Tb mit zwei Auslaßventilen 8a und Sb stehen mit den Teilräuinen Ab und Ac in Verbindung.

In diesem Fall wird der Teilraum 4a nach der Unterteilung des Verbrennungsraums in die Teilräume während des Aufwärtshubes des Kolbens für den Auslaßhub von beiden Auslaßöffnungen abgeschnitten, so daß die Abgase, die im Teilraum 4a eingeschlossen werden, während des Abwärtshubes für den Einlaßhub sich in dem Raum ausbreiten, so daß die Mischung verdünnt wird.

Die Zündkerzen in den Teilräumen Ab und Ac haben unterschiedliche Zündverzögerungszeiten, so daß sie gezündet werden, nachdem die vorangegangene Zünd-

kerze gezündet ist und ehe die aneinandergrenzenden Teilräume während des Abwärts-Verbrennungshubes miteinander in Verbindung sind.

Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist etwa die gleiche oder identisch mit der der anderen beschriebenen Ausführungsform, mit Ausnahme der Anzahl der Stufen der betreffenden Verbrennungen entsprechend den Teilräumen 4a bis 4c

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Viertakt-Ottomotor mit einem mindestens einfach abgesetzten Zylinder und einem mindestens einfach abgesetzten Arbeitskolben, mit einem Brennraum, der beim Aufwärtshub des Kolbens durch Eintauchen des mindestens einen Kolbenabsatzes in den mindestens einen Zylinderabsatz in mehrere Teilräume unterteilt wird, und mit einer Zündkerze in einem der Teilräume, welche gezündet wird, bevor die Unterteilung in Teilräume beim Abwärtsgehen des Kolbens wieder aufgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß auch in dem mindestens einen weiteren Teilraum (Aa, Ac) eine Zündkerze (9, 13) angeordnet ist und daß die Zündkerzen in dem Sinn nacheinander gezündet werden, daß die jeweils früher gezündete Zündkerze vor dem Aufheben der Unterteilung zwischen dem ihr zugeordneten Teilraum und dem angrenzenden Teilraum gezündet wird.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilraum (Aa), der die als erste gezündete Zündkerze (9) aufweist, mit einer Einlaßöffnung (5) in Verbindung steht.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Teilräume (Aa) nach Aufteilung des Verbrennungsraums in die Teilräume beim Aufwärtshub des Kolbens (3) im Auslaßtakt von einer Auslaßöffnung (7) getrennt wird.

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilraum (Aa) mit der als erste zu zündenden Zündkerze (9) einen Bereich aufweist, in den die Mischung durch den Teilkolben (11) beim Aufwärtshub des Kolbens (3) im Kompressionstakt gestoßen wird.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaßöffnung (5) mit einem Einlaßventil (6) und eine Auslaßöffnung (7) mit einem Auslaßventil (8) jeweils nur mit einem der Teilräume (4a, Ab) in Verbindung stehen, wenn der Teilraum durch den Unterkolben (11) aufgeteilt ist

6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daS das Volumen des als erster zu zündenden Teilraums (Ab) größer ist als das des anderen Teilraums (Aa)

7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilräume im Zylinderkopf (2) in der Form abgestufter Bohrungen gebildet sind und der oder die Unterkolben (11, Ua, lib) einstückig mit der Oberseite des Kolbens (3) ausgebildet sind.

8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestuften Bohrungen koaxial zur Zylinderbohrung angeordnet sind.